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窦华书:湍流的研究方向分支及代表人物

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湍流仍然是物理学、应用数学和流体力学学科的一个主要研究领域,100多年来,且一直代表流体力学的前沿研究方向,这是由于如果湍流问题解决了,就会解决一大片研究领域的问题。湍流是在流体力学学科所有方面具有共性的重要课题。& }. A: D; K: [9 J8 R

$ x, A- D: T4 A. Z/ \) ~比如,如果你是做超音速流动、飞行器设计、多相流动、传热、燃烧、叶轮机械、大气湍流、海洋湍流,天体物理,等方向的基础研究或技术研发的工作,对基本不可压缩流动的湍流还没有弄清楚,所做的基础或研发工作,有可能是不可靠的,仍有改进空间。如果把基本不可压缩流动的湍流的最新的更精确的研究成果(比如本文最后建议(2)里所讲的最新内容),应用和扩展到这些具体的领域,就会对研究课题得到更深刻的理解、能够更精确地改进设计和提高性能。
# c: P! e! f0 V. G' e8 n8 J湍流的研究方向分支及主要代表人物,目前想到的部分如下:
) s7 w* ]9 C' K3 l1. 湍流的统计力学:Taylor, von Karman, Kolmogorov, Obukhov, Monin, Yaglom, Heisenburg, Weizsacker, Lin CC, Chandrasekhar, Onsager, Liepmann, Batchelor, Townsend, Kraichnan, OM Phillips, Orszag, U Frisch, Sreenivasan.
+ l& D- s: P6 L4 f& e6 a* T; N; w2. 湍流的非线性动力学:Landau, Hopf, Lorenz, Ruelle and Takens, Pomeau and Manneville, Feigenbaum, Smale, Eckhardt, G Haller.4 e, n9 Y/ n+ `9 P+ _
3. 湍流的结构测量:Prandtl, von Karman, Kovasznay, Klebanoff, Liepmann, Corrsin, Kline, Brown and Roshko, Cantwell, Willmarth, Narasimha, Blackwelder, Brodkey, Tiederman, Wygnanski, Adrian, Kachanov, Comte-Bellot, Nishioka, Antonia, Hussain, Alfredsson, Gad-El-Hak, Jovanovic, Smits, Marusic, Mullin, J Katz, J Eaton, F Durst, Kitoh, JC Vassilicos.
; `' C4 M: w2 h6 W  n* m4. 湍流的modelling:Boussinasq, Prandtl, von Karman, PY Chou, Leray, Launder and Spalding, Jones, Hanjalic, Menter, Orszag, Spalart, Rodi, Perry, Marusic.* ]; Q2 I# ]8 h- z- L7 b
5. 湍流的数值模拟:Richardson, Lumley, Smagorinsky, Lilly, Orszag, Kleiser, Jameson, M Gaster, Moin, Piomelli, MA Leschziner, John Kim, Moser, FT Smith, Trefethen, Jimenez, Meneveau, Henningson, SK Lele, C Bailly, WK George, Sirovich, Rist and Fasel, Durbin, Eckhardt, Kerswell, Orlandi, Pirozzoli, McKoen, Schlatter.7 f1 U+ M8 Z5 P- S" T8 O( @$ V* W) ^
6. 流动稳定性理论:Rayleigh, Orr-Sommerfeld, Heisenburg, Tollmien, Schlichting, Landau, Lin CC, S Chandrasekhar, Stuart, A Davey, Orszag, Herbert, Reshotko, Saric.2 ?/ X: J% V" O! k
7. 湍流转捩研究:Reynolds, Dryden, Schubauer, Skramstad, Emmons, Klebanoff, Kovasznay, Patel, Tumin, Wygnanski, MV Morkovin, Saric, Reshotko, Mullin, Kachanov, Nishioka, Durst, Smits, Alfredsson, Johansson, JR Jovanovic, Hof.
: ^0 N7 e. L  a' t2 g% B2 v/ _8. 旋涡动力学:Jean-Jacques Moreau, Saffman, Moffat, Perry, Pullin, Hussain.* H% n6 t' Q- H! f2 J. V: g! O. Q( r
9. Navier-Stokes equation: Leray, Ladyzhenskaya, Serrin, Scheffer, Caffarelli, Temam, Foias, Doering, Constantin, Fefferman, JD Gibbon, E Titi.1 f' ]* S& b  G7 S7 L- `' V+ k
10.Taylor-Couette 流动: GI Taylor, S Chandrasekhar, RJ Donnelly, D Coles, HL Swinney, R Tagg, CD Andereck, O Dauchot, Wereley and Lueptow, Lohse.
. C0 H$ k5 K8 U5 [  d8 o4 ?11. 热对流湍流:Rayleigh, Bénard, Boussinasq, Sparrow, Busse, Swinney, SH Davis, Patterson, Lohse.
# G: ^$ s7 H$ a6 L) E- C& {- O8 r# F12. 粘弹性湍流: Groisman and Steinberg, M Graham, McKinley, Tsinober, Kerswell.
' |% u; E3 h* D) n1 J+ m, B2 c13. 磁流体湍流:Hartmann, Chandrasekhar, Kraichnan, Moffat, Davidson, Tsinobar, Biskamp, Zikanov.
- K* Y+ ~- J/ q" _4 g备注:其中 Rayleigh, Heisenburg, Landau, Chandrasekhar, Onsager为诺贝尔奖获得者(不是因为湍流研究获奖),他们都在湍流领域耕耘多年。Leray因NS方程弱解研究获得了1979年的沃尔夫数学奖;Kolmogorov 因数学统计理论(包括湍流)获得了1980年的沃尔夫数学奖;Ruelle因湍流混沌理论获得了2022年的www.52ocean.cn;Caffarelli因偏微分方程研究(包括NS方程部分强解)获得了2023年的挪威阿贝尔数学奖。另外,流体力学及湍流和统计力学相关的专家还获得了下列APS的奖项, Otto Laporte Award (1972-2003), Fluid Dynamics Prize (1979- ), Stanley Corrsin Award (2011- ), Lars Onsager Prize (1995- ), Leo P. Kadanoff Prize (2019- )。
# w. w( C& |# J3 a7 {对湍流的突出贡献(Personal opinion):* Y. V7 Z) K" n; b( }
顶尖大师:Prandtl, Taylor, von Karman, Kolmogorov, Liepmann. R1 d' a5 Z! ?6 B! e
天才级专家: Leray, Corrsin, Orszag
, G$ l* i7 Z' e# T" s杰出贡献专家: S. J. Kline
+ b  {- k, s$ Q" g湍流贡献最突出大学: Gettinggen,Cambridge, CalTech, Stanford, JohnsHopkins% a3 v" o) e' [3 O  A
几点建议:5 g9 X) Q2 T9 B. I: U
(1)作者在上面列出的清单,实际上就是给出了每一个研究方向的一个文献综述的提纲。这些牛人都是在此方向的奠基人。虽然1970's 年以后的50年,湍流继续取得了很大进展,但仍然没有跳出前人给出的框架,没有实质性的进展。' c3 c8 P0 E# Z! X# V) w
(2)建议读文献,就要读牛人的文献,毕竟他们的文章影响大,总体来说,创新性高;另一方面,牛人的文章引领课题方向发展(注意:研究史上也有被带偏的情况)。对于普通作者的文章也要读,只是建议要快速browsing。不过,对于普通作者的研究工作,如果有重大创新和独创之处,特别是颠覆性的创新成果,还是建议不要放过,比如 Dou, H.-S., Origin of Turbulence-Energy Gradient Theory, 2022, Springer (www.52ocean.cn)。s://10.1007/978-981-19-0087-7
3 D6 t3 ]$ X% N  w' N0 N4 lDou (2021,2022) 基于能量梯度理论,依据NS方程,首次发现了一个光滑的流动演化出了NS方程的奇点(速度间断),并第一次从理论上精确地预测了湍流的产生,是由于这类奇点引起,与实验结果和DNS/LES模拟结果一致(burst)。这也是雷诺实验(1883)以后140年以来,唯一的一次,有人从理论上论证了(discovered)湍流是怎么产生的,这是一个从0到1的突破性的创新成果从此,揭开了湍流的秘密,破解了世界百年难题 [1-3,4-10]。, T  H1 u$ x# F
(3)如果想要做出有世界影响力的成果,选择研究课题,就要选有创新性的课题,能够解决主要问题的课题,以前别人没有做过的内容。当然这样的选择,面对的挑战和困难是很多的,如果获得成功,就要付出天价的努力,而且短期内不一定能出成果。如果选择一个普通的问题去做,就会容易得多,出论文也快,但是,创新性小, 解决的问题意义也小。尽管你付出了聪明才智和努力,对科学的推进和社会的贡献也是微不足道的,更不用说在人类科学史上能留下什么记录了。
+ e0 |: |' n9 _7 c9 i! U参考文献
  }* P* x, c2 P) ?0 q
3 Q( w  x: H$ A, k
1. Dou, H.-S., Origin of Turbulence-Energy Gradient Theory, 2022, Springer.  www.52ocean.cn   (全书下载地址).0 z) p1 Z9 m6 Z2 z  q
2. Dou, H.-S., Singularity of Navier-Stokes equations leading to turbulence, Adv. Appl. Math. Mech., 13(3), 2021, 527-553. https://doi.org/10.4208/aamm.OA-2020-0063 ; https://arxiv.org/abs/1805.12053v10 # r4 ^- S3 ]' u1 n$ ^+ Y4 u" U* R

; A. s( J' s: n$ ]6 d9 l7 ?, D: s+ w3. Dou, H.-S., No existence and smoothness of solution of the Navier-Stokes equation, Entropy, 2022, 24, 339. https://doi.org/10.3390/e24030339 % W) p# p5 F( n
4.窦华书教授在纳维-斯托克斯方程问题上取得新进展,浙江理工大学官网新闻。8 i, |9 Y1 N' [
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www.52ocean.cn  或者  www.52ocean.cn
8 ]& x8 Y+ T% K% I1 F  Z0 H6 H& f5. 窦华书,我是怎样创立能量梯度理论的?www.52ocean.cn6 L) H5 }1 C$ X0 v& N( k: ]0 n- y

  _, O: T4 K' f% L- E; r1 N6 F6.窦华书教授成功破解了百年湍流难题,中国教育日报网。http://chinaedutech.com/dfjy/2022/1117/1327.html 或者
2 I- u% o3 O! }" T4 [& _! X" s6 d& a

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9 B; i: a% e2 Q7. 窦华书,湍流是怎样产生的? 最新研究进展!www.52ocean.cnwww.52ocean.cn
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+ `: n" A4 j/ k/ y3 P) Q6 j  V8. 窦华书,一个力学公理的建立揭开了湍流的秘密。 www.52ocean.cn 或  www.52ocean.cn
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7 N) k& j+ o( X8 U: O9. 窦华书: Navier-Stokes 方程可以描述湍流吗?  www.52ocean.cn 或者  www.52ocean.cn
, @- g- |3 h. Q/ i8 s10. 窦华书:湍流研究有哪些成功的理论成果? www.52ocean.cn  www.52ocean.cn
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三观道人
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